均压气体对考虑波浪的航行体水动力特性影响机制研究

发布时间：2017-09-14 00:20

  本文关键词：均压气体对考虑波浪的航行体水动力特性影响机制研究

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【摘要】：均压排气技术通过改变航行体表面的流体介质组成来改变航行体表面的压力分布，降低水下运动及出水过程的载荷，减小出水姿态偏转，以满足起控要求。然而，对均压气泡在航行体表面的发展演化过程以及对航行体出水姿态的扶正物理机制尚未形成正确的认识，因此对抑制空泡头型潜射航行体的均压排气水下发射过程的流体动力问题进行数值仿真研究具有重要的工程意义。 通过对航行体水下发射过程的物理特性进行分析与简化，建立了有艇速、多相、多自由度运动计算模型。采用Mixture和VOF多相流模型、标准k-ε湍流模型、动网格技术和UDF等对其进行数值求解，，计算过程中考虑流体运动与航行体运动的相互作用，采用单向和双向耦合的方法实现水下发射过程的动态模拟，研究了出水相位、均压排气和横流对航行体水动力特性的影响规律。 对不考虑均压排气的航行体在不同波浪相位下的垂直出水过程进行了数值模拟研究，获得了出水相位对水下多相流场和航行体水动力特性的影响规律。研究表明，出水相位对航行体的水动力产生了重要影响，改变了航行体的运动特性，航行体在波谷相位出水时的姿态偏转明显小于波峰相位，质心运动轨迹偏转也明显减小。 在静水条件下，对有/无均压排气的航行体水下发射过程展开研究，获得了均压气泡的形成演化过程及其对航行体出水姿态的扶正物理机制。均压排气通过在航行体表面形成均压气泡改变了航行体表面的介质组成，从而改变了航行体表面的压力分布形式，降低了水中航行段的俯仰偏转力矩，减小了出水姿态和质心运动轨迹偏转。 在前文研究的基础上，综合考虑波浪、横流和均压排气等因素，对考虑波浪的航行体均压排气水下发射过程进行了多自由度运动仿真，获得了不同发射条件下排气缝的流率特征、航行体的水动力特性和运动特性。出水相位、横流对均压排气条件下航行体的水动力特性产生了一定的影响，波谷相位出水时航行体的出水姿态和质心运动轨迹偏转明显小于波峰相位，横流进一步增大了姿态偏转。
【关键词】：航行体 水下发射 水动力 波浪 均压排气
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景、目的及意义10-12
• 1.2 潜射航行体发射过程概述12-14
• 1.2.1 出筒段12
• 1.2.2 水中航行段12-13
• 1.2.3 出水过程13-14
• 1.3 国内外研究现状综述14-17
• 1.3.1 空泡多相流研究现状14-16
• 1.3.2 波浪理论及其数值研究现状16-17
• 1.3.3 航行体流体动力研究现状17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 数值方法与计算模型19-32
• 2.1 数值方法19-26
• 2.1.1 多相流模型19-21
• 2.1.2 湍流模型21-22
• 2.1.3 动网格技术22-25
• 2.1.4 UDF 技术的应用25-26
• 2.1.5 流体动力与运动规律耦合的实现26
• 2.2 简化模型与网格划分26-30
• 2.2.1 几何模型26-27
• 2.2.2 计算域及网格划分策略27-29
• 2.2.3 边界条件设置29-30
• 2.2.4 监测点布置30
• 2.3 参数无量纲化处理30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 不考虑均压排气的航行体不同波浪相位出水时的流动特性分析32-54
• 3.1 数值研究方案32-33
• 3.2 波浪的数学模型及数值造波33-38
• 3.2.1 波浪的数学模型33-36
• 3.2.2 波浪的数值模拟及验证36-38
• 3.3 波浪相位对水下多相流场的影响38-42
• 3.4 波浪相位对航行体表面压力分布特性的影响42-46
• 3.5 出水相位对航行体流体动力及运动特性的影响46-52
• 3.5.1 流体动力46-50
• 3.5.2 运动特征50-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第4章 均压气体对航行体水动力特性的影响54-76
• 4.1 数值计算方案54
• 4.2 排气流率变化特性54-57
• 4.3 均压气泡的发展过程及对多相流场参数的影响57-66
• 4.3.1 均压气泡的形态及发展演化过程57-60
• 4.3.2 均压气体对航行体表面压力分布的影响60-66
• 4.4 均压气体对航行体力学特性的影响66-71
• 4.4.1 流体动力66-70
• 4.4.2 运动特性70-71
• 4.5 均压气体的扶正效应分析71-74
• 4.6 本章小结74-76
• 第5章 均压气体对考虑波浪的航行体水动力特性影响76-95
• 5.1 数值计算方案76-77
• 5.2 排气缝的流量变化特性77-81
• 5.3 均压排气对流场及航行体表面压力的影响81-86
• 5.3.1 均压排气对水下多相流场的影响81-82
• 5.3.2 均压气体对航行体表面压力特性的影响82-86
• 5.4 均压排气对航行体受力特性的影响86-91
• 5.4.1 流体动力86-89
• 5.4.2 运动特性89-91
• 5.5 均压气体对航行体出水姿态的扶正机理91-94
• 5.6 本章小结94-95
• 结论95-97
• 参考文献97-102
• 致谢102

【参考文献】

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本文编号：846759